新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論在汽車工程中的運(yùn)用研究

崔強(qiáng)

摘 要：近些年來(lái)，隨著機(jī)械設(shè)計(jì)水平的不斷提高，我國(guó)汽車制造業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈。在這一背景下，汽車制造企業(yè)要想實(shí)現(xiàn)更好更快的發(fā)展，滿足廣大客戶群體對(duì)于汽車的多樣化需求，就要充分重視新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論在汽車工程的應(yīng)用，以此來(lái)不斷提升汽車制造生產(chǎn)質(zhì)量，創(chuàng)新機(jī)械設(shè)計(jì)理念，進(jìn)一步拓展企業(yè)制造企業(yè)的發(fā)展空間。基于此，本文章就結(jié)合多個(gè)項(xiàng)目來(lái)針對(duì)新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論在汽車工程中的運(yùn)用展開(kāi)深入的分析與探究。

關(guān)鍵詞：新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論;汽車工程;運(yùn)用研究

站在宏觀的角度來(lái)看，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與科技進(jìn)步是推動(dòng)人類社會(huì)進(jìn)步的主要?jiǎng)恿??？茖W(xué)技術(shù)的革新不僅可以有效轉(zhuǎn)變?nèi)祟惿a(chǎn)的方式，同時(shí)也能夠在一定程度上轉(zhuǎn)變?nèi)藗兊纳罘绞剑?，出行方式的改變。在我?guó)現(xiàn)階段，由于汽車已經(jīng)成為一種較為普遍的交通工具，因此其整體制造水平可以真實(shí)地反映出我國(guó)制造業(yè)的實(shí)際發(fā)展水平。與此同時(shí)，機(jī)械設(shè)備的發(fā)展也進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)力的革新，有效改善了人們的生活水平，并進(jìn)一步拓展了機(jī)械設(shè)計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域，這也就為新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論在當(dāng)前汽車工程中的運(yùn)用研究奠定了良好的基礎(chǔ)。

1 新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論及汽車工程概述

1.1 新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論

新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論研究的主要內(nèi)容包括機(jī)械的性能與功能，這均屬于機(jī)械工程學(xué)科的研究范圍，具體來(lái)講就是通過(guò)定量分析法來(lái)對(duì)構(gòu)建組成與機(jī)械運(yùn)行機(jī)制進(jìn)行全面的分析與了解。若根據(jù)新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論研究的要點(diǎn)來(lái)看，有具體包括驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)械仿生原理、傳動(dòng)環(huán)保與節(jié)能、機(jī)器人開(kāi)發(fā)與研究以及輕工機(jī)械傳動(dòng)原理等。因此，新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論不僅可以加深對(duì)機(jī)械運(yùn)行基礎(chǔ)條件的了解，同時(shí)也能夠進(jìn)一步細(xì)化機(jī)械工程定位與設(shè)計(jì)工作，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)與歸納出簡(jiǎn)單的工作原理。目前，新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論大多應(yīng)用在工業(yè)、科學(xué)、農(nóng)業(yè)與服務(wù)業(yè)當(dāng)中，研究的主流內(nèi)容為各種機(jī)械期間與零部件的控制、組裝與傳動(dòng)，所設(shè)計(jì)的學(xué)科包括信息學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)、人機(jī)學(xué)與仿生學(xué)等。

總的來(lái)說(shuō)，新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論的整體應(yīng)用范圍較廣，且知識(shí)體系的構(gòu)成較為復(fù)雜，因此具有較為特殊的學(xué)術(shù)研究特色與學(xué)科優(yōu)勢(shì)。在機(jī)械制作與設(shè)計(jì)過(guò)程中，大多數(shù)情況下會(huì)應(yīng)用到復(fù)合型材料;理論研究的方法偏向于計(jì)算機(jī)輔助工程與輕工自動(dòng)機(jī)械工程;產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)均離不開(kāi)現(xiàn)代化檢測(cè)技術(shù)來(lái)完成數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析工作。特別是在近些年來(lái)，隨著新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論研究的不斷深入，汽車工程管理與設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量也在不斷的提高，這就為科研工作與汽車工程制造奠定了更為良好的基礎(chǔ)。

1.2 汽車工程概述

在工業(yè)革命時(shí)期，第一輛汽車首次出現(xiàn)在人類歷史上。而在之后的歷史發(fā)展長(zhǎng)河中，汽車工業(yè)就迅速地發(fā)展了起來(lái)，并逐步成為人們生活與生產(chǎn)活動(dòng)中必不可少的一部分。與此同時(shí)，汽車還為人們的出行帶來(lái)了較大的便利性，加快了人們的生活節(jié)奏，進(jìn)一步推動(dòng)了人類文明的進(jìn)步與發(fā)展。在過(guò)去的幾十年里，雖然我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)也得到了快速的發(fā)展，但受科學(xué)技術(shù)水平的限制，我國(guó)仍需要進(jìn)一步加大對(duì)汽車工程的研究，以此來(lái)不斷優(yōu)化汽車的多項(xiàng)性能。而新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論在汽車工程研究中具有較高的運(yùn)用價(jià)值，可以進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)汽車工程的發(fā)展與進(jìn)步。

2 新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論應(yīng)用于汽車工程上的意義

汽車工業(yè)發(fā)展的整體水平不僅代表著一個(gè)國(guó)家制造行業(yè)不斷期間的有力代表，同時(shí)也會(huì)在一定程度上影響到一個(gè)國(guó)家制造業(yè)發(fā)展的整體進(jìn)程。站在某種意義上來(lái)講，汽車工作作為一個(gè)較為廣泛的工業(yè)，是最新技術(shù)的主要載體之一。例如，部分航空、航天等多個(gè)領(lǐng)域的高新技術(shù)只有在汽車工程工業(yè)的基礎(chǔ)上才能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)化。由此可以表明，新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論與相關(guān)原理對(duì)于汽車工程與工業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)具有較大的促進(jìn)作用[1]。與此同時(shí)，隨著社會(huì)發(fā)展水平的不斷提高，人們對(duì)于汽車工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求也越來(lái)越高，這就要求汽車制造企業(yè)要將新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論合理融入到汽車工業(yè)的各項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)當(dāng)中，以此來(lái)進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)汽車工程的健康發(fā)展。除此之外，汽車工程研究的核心關(guān)鍵還是技術(shù)研究，而技術(shù)研究又應(yīng)該建立在實(shí)際操作方向研究的基礎(chǔ)之上。因此，實(shí)際操作研究與機(jī)械設(shè)計(jì)理論研究之間有著十分緊密的聯(lián)系與密切性。

3 新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論在汽車工程中的運(yùn)用

3.1 在汽車工程噪聲和振動(dòng)上的應(yīng)用

汽車作為企業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)運(yùn)行、人們出行等方面的重要交通工具，其零部件是否能夠安全、高效的運(yùn)轉(zhuǎn)不僅會(huì)直接影響到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全與安全出行，同時(shí)也與運(yùn)輸?shù)陌踩耘c高效性密切相關(guān)。因此，在汽車運(yùn)行過(guò)程中，一旦其某個(gè)零部件或者是其他設(shè)備出現(xiàn)了問(wèn)題與故障，就會(huì)直接影響到汽車的安全駕駛性能。其中，噪聲與故障性振動(dòng)是一種較為普遍存在的現(xiàn)象。

針對(duì)這一問(wèn)題，就要優(yōu)先解決汽車普遍存在的噪聲與振動(dòng)問(wèn)題。在車輛運(yùn)行過(guò)程中，可以通過(guò)車輛的噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度來(lái)對(duì)汽車質(zhì)量進(jìn)行綜合性指標(biāo)的判斷。同時(shí)，該項(xiàng)指標(biāo)也是評(píng)價(jià)汽車舒適性的關(guān)鍵指標(biāo)之一，與汽車產(chǎn)品的市場(chǎng)形象息息相關(guān)。為此，要想有效減少噪聲與振動(dòng)情況的發(fā)生，就要防止輸入載荷頻率與結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率過(guò)度的接近，并應(yīng)用新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論中的頻率分布表來(lái)解決這一問(wèn)題。在匹配振動(dòng)頻率的同時(shí)來(lái)減少與消除振動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的耦合現(xiàn)象，進(jìn)一步優(yōu)化汽車產(chǎn)品的振動(dòng)性能，進(jìn)而大大減少汽車運(yùn)行期間的振動(dòng)與噪聲[2]。另外，技術(shù)人員該可以應(yīng)用NVH來(lái)客觀分析與事先獲取新開(kāi)發(fā)車型的性能指標(biāo)，進(jìn)而進(jìn)一步優(yōu)化與完善設(shè)計(jì)與制造等多個(gè)環(huán)節(jié)?？傊?，不管是站在設(shè)計(jì)成本的角度，還是開(kāi)發(fā)周期的角度，新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論均可以為新型車型的設(shè)計(jì)提供良好的基礎(chǔ)。

3.2 在汽車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、模態(tài)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化上的應(yīng)用

結(jié)合NL-3RA博越右舵（見(jiàn)圖1）出口項(xiàng)目中存在的問(wèn)題，可以發(fā)現(xiàn)，其研發(fā)過(guò)程中面臨的主要問(wèn)題就是寶騰品牌沒(méi)有SUV產(chǎn)品線，而且品牌銷量較大車型為價(jià)格較低的B-segment的轎車產(chǎn)品。NL-3RA車型上市后，主要市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手會(huì)是日系品牌的主流產(chǎn)品，如HRV、CRV、X-TRAIL等車型，在品牌、質(zhì)量上，NL-3RA需要做到較高的水平以滿足和日系車型競(jìng)爭(zhēng)的需求?；诖耍瑢?duì)該汽車的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、模態(tài)分析及結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化是十分有必要的。

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新時(shí)期，節(jié)能降耗、安全舒適已經(jīng)成為現(xiàn)代化汽車結(jié)構(gòu)、技術(shù)與性能研發(fā)過(guò)程中一個(gè)十分重要的方向。其中，要想實(shí)現(xiàn)車身輕量化發(fā)展，就要對(duì)汽車框架與結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并選擇高強(qiáng)度、低密度的材料來(lái)制造車身，例如，高強(qiáng)度與汽車高強(qiáng)度板料。車身作為汽車重要的組成部分，一定要具備較高的強(qiáng)度才能夠有效保證汽車的壽命，而足夠的剛度則可以充分滿足汽車準(zhǔn)備與具體的使用要求[3]。對(duì)于新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論中的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)與檢測(cè)技術(shù)來(lái)說(shuō)，機(jī)械有限元分析法可以充分滿足上述車身的設(shè)計(jì)要求，具體應(yīng)用優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在如下兩個(gè)方面：一方面，在汽車設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)當(dāng)中，可以對(duì)機(jī)械零件的剛度、強(qiáng)度以及穩(wěn)定性進(jìn)行客觀的分析;另一方面，在汽車結(jié)構(gòu)分析過(guò)程中，由于經(jīng)常使用有限元法來(lái)分析各構(gòu)件的模態(tài)，并且可以在計(jì)算機(jī)上直觀地看到的各構(gòu)件的振動(dòng)模態(tài)，這就能夠?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供較大的便利。為此，在汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有限元分析法的應(yīng)用可以大大提升車身整體的設(shè)計(jì)水平。

3.3 在變速器的研究設(shè)計(jì)應(yīng)用

以NL-3RA博越右舵出口項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目中存在的主要問(wèn)題就是俄羅斯市場(chǎng)SUV市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈、合資品牌價(jià)格下探。因此，要想有效解決該項(xiàng)目中存在的問(wèn)題，就要對(duì)汽車的整體性能進(jìn)行優(yōu)化處理。結(jié)合該項(xiàng)目，如下內(nèi)容主要是針對(duì)新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論在變速器的研究設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究，以此來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化汽車產(chǎn)品的整體性能。

在汽車工程中應(yīng)用新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論，可以對(duì)汽車的機(jī)械式變速器實(shí)施進(jìn)一步的優(yōu)化與處理。這主要是因?yàn)樽兯倨鞅旧砭途邆涓咻敵鲛D(zhuǎn)速的特點(diǎn)，因此其扭矩與最大功率就要滿足車輪行駛期間的速度要求。目前，在設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)變速器的過(guò)程中，可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)來(lái)完成數(shù)宇運(yùn)算，并在此基礎(chǔ)上更加深入的分析與歸納優(yōu)化零部件功能的具體方法，盡可能保持整車的輕量程度。同時(shí)，技術(shù)人員也可以應(yīng)用變速器來(lái)轉(zhuǎn)變汽車傳動(dòng)的具體方式，應(yīng)用多個(gè)齒輪來(lái)完成檔位變換。其中，齒輪總體積要符合汽車輕量設(shè)計(jì)函數(shù)，汽車螺旋角也要與倒擋齒輪模數(shù)保持一致。為此，要在完成佘檔設(shè)計(jì)后，再對(duì)倒擋齒輪體積的參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算[4]。另外，在變速器運(yùn)行的過(guò)程中，一旦其某個(gè)齒輪出現(xiàn)故障，減速器正常的運(yùn)行就會(huì)受到影響。因此，在對(duì)器件實(shí)施優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增加或者是減少齒輪的數(shù)量與大小。而機(jī)械式變速器作為一種較為常見(jiàn)的變速器類型，在對(duì)其細(xì)節(jié)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)其輕量性與穩(wěn)定性進(jìn)行綜合的考量。

3.4 在汽車零件抗磨損的設(shè)計(jì)研究應(yīng)用

近些年來(lái)，隨著我國(guó)交通運(yùn)輸體系的不斷健全與完善，我國(guó)汽車整體的需求量也在不斷的提升。特別是在工業(yè)革命以后，工業(yè)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展為機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。同時(shí)，汽車的出現(xiàn)也在一定程度轉(zhuǎn)變了人們傳統(tǒng)的出行方式。根據(jù)我國(guó)汽車制造業(yè)整體的發(fā)展情況來(lái)看，其規(guī)模越來(lái)越大，且針對(duì)汽車器械的研究也越來(lái)越深入。汽車作為一種高損耗率與高發(fā)動(dòng)率的機(jī)械，在實(shí)際生產(chǎn)制造的過(guò)程中又需要應(yīng)用到大量的高精密度零部件，這就要求設(shè)計(jì)人員在對(duì)汽車元件與零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要充分重視汽車零件與元件的抗磨抗損設(shè)計(jì)。另外，由于汽車元件表面極易受到磨損，因此在具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)當(dāng)中，要在其表面均勻噴灑銅質(zhì)抗磨覆蓋層;在對(duì)元件進(jìn)行加工時(shí)，也要充分重視幾何形狀的設(shè)計(jì)，以此來(lái)大大增強(qiáng)元件表面的物理性能[5]。

3.5 車身和外觀設(shè)計(jì)應(yīng)用

在這一方面，要結(jié)合NL-3博越SUV（見(jiàn)圖2）研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目進(jìn)行分析。該項(xiàng)目中存在的主要問(wèn)題就是SUV產(chǎn)品體系相對(duì)較為薄弱，降價(jià)促銷，擠壓有限的價(jià)格空間，整車制造、生產(chǎn)工藝水平欠佳，汽車造型、外觀審美性差等問(wèn)題。在本文章中，就主要針對(duì)新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論在汽車車身與外觀設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用展開(kāi)分析。

在現(xiàn)代化社會(huì)中，汽車已經(jīng)成為一種較為普遍的交通工具。因此，人們?cè)谌粘ｑ{駛汽車的過(guò)程中，不僅十分重視汽車駕駛期間的舒適性體驗(yàn)，同時(shí)也更加注重汽車外觀設(shè)計(jì)的藝術(shù)審美性?；诖耍谄嚬こ讨?，新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論的應(yīng)用不僅可以綜合考慮到機(jī)械設(shè)備運(yùn)行與安裝的合理性，同時(shí)也要兼顧汽車車身與外觀設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性。但由于汽車每年的平均產(chǎn)出量均相對(duì)較大，且品種類型與型號(hào)較多，因此在產(chǎn)品生產(chǎn)的過(guò)程中，就一定要做到零件的品牌化與系列化，以便為日后的配件維修提供便利。而汽車車身與外觀設(shè)計(jì)作為汽車工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的重要組成部分，在具體設(shè)計(jì)期間就要注重車身與車型的差別。一方面，汽車車身所選用的油漆一定要是環(huán)保的，對(duì)人體無(wú)害的;在車型設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分考慮到空氣動(dòng)力學(xué)因素，其中，整車的匹配要求與沖壓分塊均要達(dá)到汽車工程設(shè)計(jì)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)空氣阻力系數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，以此來(lái)在保證汽車造型滿足美工要求的同時(shí)還不影響到提速[6]。另外，在設(shè)計(jì)車身與外觀時(shí)，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合信息機(jī)械設(shè)計(jì)理論的相關(guān)要求來(lái)確保駕駛?cè)笋{駛汽車過(guò)程中的舒適性與安全性。特別是對(duì)座椅材質(zhì)的選擇、靠背傾斜角度以及座椅調(diào)整旋鈕的位置進(jìn)行精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)計(jì)算，以此來(lái)大大提升車身與外觀設(shè)計(jì)的合理性，進(jìn)一步增強(qiáng)汽車產(chǎn)品的綜合市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在當(dāng)前背景下，機(jī)械設(shè)計(jì)原理與設(shè)計(jì)理論在我國(guó)汽車制造等多個(gè)產(chǎn)業(yè)中均表現(xiàn)出了良好的發(fā)展趨勢(shì)與應(yīng)用前景。尤其是在汽車工程方面，新型機(jī)械設(shè)計(jì)理論的運(yùn)用效果更為突出，不僅可以有效提升汽車工程技術(shù)水平，優(yōu)化實(shí)際操作;同時(shí)也能夠充分應(yīng)用到汽車工程外觀設(shè)計(jì)、變速器研究、結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及模態(tài)分析等多個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中，進(jìn)而有效促進(jìn)我國(guó)汽車工程的健康可持續(xù)發(fā)展，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步。

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